汽轮机运行振动危害与解决措施

李宏伟

（内蒙古赤峰市赤峰热电厂有限责任公司，内蒙古 赤峰 024000）

引言

对于电厂而言，汽轮机在实际运行的过程中，经常会出现振动方面的问题，有时难以进行控制，如果机组存在某一些缺陷，那么必然会导致其出现较大的振动问题，使汽轮机内各个组件出现松动，最终会导致基座和气缸等设施的刚度不断减弱，如果无法及时控制，那么必然会导致其汽轮机组出现较大的振动问题。此外随着现代技术发展，机械设备内部的精密程度越来越高，内部零件耦合状态的要求也更加明显。一旦某个零部件发生故障，将会影响整个生产链。对于汽轮机来说，可以通过观察其振动情况来判断内部零件是否出现松动和发生故障。若汽轮机出现振动过大，则表明该汽轮机出现故障，必须立即诊断维修。影响汽轮机振动的因素有很多，因此，准确排查故障原因，给出解决措施，对企业有着重要意义。

一、对汽轮机的振动特性进行分析

针对汽轮机而言，主要作为重要的工业设备，其工作性质是高温和高压以及高速的，由于长期高速运转，汽轮机装置经常会出现故障问题，严重的对发电机的稳定运行带来直接影响，汽轮机组异常振动是汽轮机较为复杂的误差之一，装置振动通常会受到多个方面因素所带来的影响，例如汽轮机的参数和油温以及油质等出现变化会导致其机组出现振动，所以需要详细分析汽轮机振动的原因，只有在已经知道的条件下结合实际情况，科学分析汽轮机振动情况，对其做出相应的总结，才能决定采取哪种方法进行检修。

二、分析汽轮机振动故障

（一）分析动静部位摩擦

通常情况下，动静部位摩擦分为局部碰摩和整周碰摩。一是动静局部碰摩特点。轻微碰摩以及振动幅度不便，严重碰摩振幅减少，碰摩增加，谐波分量也出现增加现象。碰摩造成不平衡质量点位置不断发生改变，使得相位也发生变化。二是动静整周碰摩特征。转子横向振动频率变高；轴颈中心向轴承内部间隙圆中心偏移；1×频最大振幅为摩擦点截面间隙圆。造成动静部位碰摩的原因主要有以下几个：首先是再设计或安装的过程中，动静间隙比较小；其次是转子振幅较大，还有可能是因为轴系存在问题，从而引起转子偏斜，最终出现摩擦的情况。

（二）分析转子质量不平衡

对于汽轮机的转子质量而言，不平衡的特点存在多种，导致转子质量不平衡的原因是多种多样的，综合分析，主要包括以下几个方面：一是热弯曲。当转子发生热弯曲后，其转速会下降。当下降到临界值时再启动，就会产生更大振幅，从而出现汽轮机振动。转子在不同状态下的波特图能够帮助判断是否发生热弯曲。此外，转子材料的热应力、气缸进水等原因都会使转子发生热弯曲。二是原始性不平衡。这类不平衡在转子转动前便是存在的，在加工或者是检修的过程中将会遗留下来，其特征主要是振幅和相位受其他参数影响不大，振动特征较稳定。三是零部件的松动、飞脱。转子上可能发生飞脱、松动的零部件有平衡质量块、叶片和护环等。当零部件发生飞脱时，振幅呈突发性的变动，迅速增大到某一固定值。在此之外，如果机组带有负荷时，较为容易出现这种类型的故障问题。

（三）分析异步振动

对于异步振动而言，主要分为了油膜震荡和蒸汽激励震荡。一是油膜震荡主要是由涡轮动所引起的。油膜涡动主要是轴颈位置随着滑动轴承载荷的变化而变化。在变化过程中，产生惯性力，轴颈在外载荷作用下，使得轴颈中心线相对于平衡位置发生涡动。由于油膜支承着轴颈，因此发生油膜涡动时，油膜会出现不稳定或遭到破坏，最终引发共振，即油膜振荡。主要故障特征：转速增加时，振幅并不会随之下降，在转速降低到两倍临界转速以下的情况下，将会出现停止的情况。轴心涡动方向和转子转向是一致的，轴心轨迹变化的范围增加，同时呈现出紊乱的情况。二是蒸汽激励震荡问题出现的原因主要是由于静子变形，或者转子发生弯曲，导致汽轮机转子与静子间的径向间隙发生偏差，产生一个切向力，使得转子涡动，最终造成蒸汽激励振荡。主要故障特征：容易在高压转子上发生；轴心轨迹为椭圆；频带宽，振动出现的概率高；正向涡动，频率为0.6×-0.9×。

（四）分析转子中心不对中

一是联轴器存在不对中。联轴器不对中主要包括组合不对中以及角度不对中和平行不对中等。在这其中，平行不对中引发的振动频率主要为转子基频的两倍，角度不对中使其转子产生轴向基频振动。组合不对中则是上述两种不对中的组合情况。联轴器不对中的主要故障特征：振幅随着负荷的増加而增大（平行不对中）；易引起工频振动（角度不对中）；径向和轴向联轴器两侧相位差为180°（组合不对中）。二是轴承不对中。轴承不对中是因为轴承负荷不对中，导致轴承上下和左右位置出现了偏差，同时也会导致转子出现失稳。其主要故障特征：径向振动出现2×频；轴承的油膜压力变化成反方向；轴心运动轨迹为香蕉形；出现高次谐波；负荷变化时振动会发生改变。

（五）分析转子裂纹

一是受热应力的影响。热应力的来源可能是因为设备频繁的启用，导致转子启停过程中出现较大的温差变化，最终形成热应力。二是应力集中。主要是因为转子的材料、加工设计与安装过程中出现错误操作。三是转子受到腐蚀。蒸汽中带有腐蚀性物质，转子长期处于这种环境就会发生腐蚀现象。

（六）分析转子中心孔进油

转子中心孔进油的原因主要包括以下方面：首先没有及时的清理残余油；其次是大轴端的堵头没有拧紧，从而形成内外压力差，导致润滑油流入空中，转子中心孔进油，引发汽轮机异常振动的原因不明，目前主流观点如下。一是中心孔内的油转速低于转轴，然后引发同步激振，最终产生差振动。二是中心孔内液体的离心力能够分解出一个切向力，与涡动方向相同，当转子转速＞临界值时，就会发生同步失稳。三是转子内部存在温差，产生热弯曲的情况，从而引起震动加大，不管是上述哪种观点正确，转子中心孔进油震动的故障特点都是一样的，即1×频振幅值增大，易发生在新机调试阶段或维修后。

三、分析汽轮机振动故障问题解决措施

（一）需要重视汽轮机的安装和检修工作

对于汽轮机而言，在实际进行安装的过程中，因为操作不合理，汽轮机在日后运行的过程中所出现的概率是相对比较大的，这点主要是由于工作人员的失误，可能会导致异步振动和转子中心不对称、垫铁与台板存在间隙等现象。因此，为确保汽轮机正常运行，首先在安装的过程中，找准汽轮机组的中心位置，切忌出现位移。其次是定期安排检修工作，排查安全隐患，出现常见的故障特征，要立即采取紧急维修措施。最后是在安装或检修后必须进行试运行，当汽轮机各项指标都满足使用需求且不出现故障特征时，才能移交进行生产和投入到实际应用中。此外汽轮机在实际运行的过程中，如果出现异常振动的问题，必须要及时找到问题原因，只有将其振动控制在合理的范围内，才能继续进行生产工作，与此同时汽轮机在开始生产前，要先进行暖机，提高其在运行过程中的稳定性。

（二）提高对汽轮机的振动监视

为了能够更好地保证汽轮机稳定运转，对汽轮机的振动监视工作是必不可少的内容，这也是预防汽轮机异常振动的关键所在。比如通过安装轴承振动测量装置、大轴振动测量装置来检测汽轮机振动情况。这类装置能够对汽轮机的振动情况产生反馈，当汽轮机振动频率超过设定值时，装置会发出警报，从而以最快速度通知维修人员进行抢修，要及时停机处理，在一定程度上避免机组出现损失扩大现象。

（三）合理的应用传感器提高对汽轮机的保护

对于完善的振动保护装置而言，包括多种传感器，比如位移传感器、温度传感器和重力传感器等等，通过合理的应用这些传感器，能够组成监控系统和保护系统以及信号报警系统，这些系统又组合到一起，成为保护汽轮机安全运行的重要设备。当汽轮机振动超过临界值时，装置能够发出脉冲信号，实现主汽门的自动关闭，汽轮机的紧急停机。近年，随着各行各业都在开展自动化控制，保护装置对汽轮机的重要性不言而喻。所以对于企业而言，需要提高对保护装置自动化的研究力度，在一定程度上不断加强保护动作的安全性以及可靠性。

总结

总而言之，现如今随着我国经济建设快速的发展，使我国各行业都在不断发展，电厂便是其中之一，在电厂实际运行的过程中，汽轮机的振动问题一直都是存在的，这些问题的存在将会对电厂稳定发展带来较大的影响，同时汽轮机的振动问题出现也会对汽轮机稳定运行带来影响，振动现象普遍存在于汽轮机运行中且无法被消除，但应将振动控制在合理范围内。若机组振动过大，会导致零部件松动，降低轴承与基座间的连接刚度，危急整个电力供汽系统，最终被迫停机。因此，工作人员要熟知汽轮机振动故障现象，及时找出振动原因，进一步采取科学合理的手段减小振动，确保汽轮机安全稳定运行，使其能够全面的提高电厂运行的整体效率，不断促进电力企业快速稳定的发展，只有这样才能为人们提供出充足的电力资源。